что такое ксвн в радиотехнике

Что такое КСВ и чем его закусывать?
Коэффициент стоячей волны, его влияние на потери в линиях приёма/передачи.

Так или иначе, любой индивид, интересующийся техникой радиосвязи, рано или поздно, сталкивается с лаконичным термином «КСВ». При этом, если даже ёжику известно, что значение КСВ должно быть как можно меньше, то какова физическая сущность этого параметра, а также степень его влияния на уровень потерь энергии в линии, ясно не всегда и не каждому.

Начнём с торжественного, но малопонятного определения из википедии:
«Коэффициент стоячей волны (КСВ, от англ. standing wave ratio, SWR) — отношение наибольшего значения амплитуды напряжённости электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наименьшему».

На рисунке показаны эпюры напряжения в линии в различные моменты времени.

Налицо колебательный процесс изменения амплитуды, связанный с тесным взаимодействием входного сигнала постоянной амплитуды с сигналом, отражённым от несогласованной нагрузки и имеющим ту же самую частоту, но сдвинутым по отношению к входному по фазе.
К частоте этого колебательного процесса отнесёмся индифферентно, а вот размах изменения амплитуды как раз и определяет параметр коэффициента стоячей волны.
Формула здесь очень простая:

Величина, обратная КСВ, называется КБВ (коэффициент бегущей волны):
КБВ = 1/КСВ

Рассмотрим две крайние ситуации:

Входной/выходной импеданс приёмника/передатчика не слишком сложными схемотехническими ухищрениями выводится на уровень сопротивления кабеля, соединяющего радиостанцию с антенной.

Короче, обсуждать тему проектирования и согласования приёмо-передающих антенн мы в рамках этой статьи не станем. Для этого есть достаточное количество умных и толстых книг, в которых без матерных излишеств и фонетических шероховатостей даны ответы на все касающиеся антенн головоломки.

Ну, а если встал вопрос о том, какое отклонение КСВ от 1 можно считать приемлемым для наших радиолюбительских целей, следует припасть к формуле, позволяющей оценить потери мощности рассеивания за счёт неидеальности согласования входных/выходных сопротивлений устройств.

А слегка поднатужившись на сетевой полянке, пытливый ум отыщет и знаний золотую жилу в виде симпатичной таблички, представляющей из себя графическое выражение данной формулы.

А куда девается энергия потерь?
Бегает по фидеру, и чем больше КСВ, тем большая часть энергии идёт на «обогрев» кабеля. Поэтому при значительных выходных мощностях и высоком КСВ возникает опасность теплового повреждения кабеля.

На практике при проектировании радиопередающих устройств следует исходить из максимальной величины КСВ, не превышающей 2.
Вот что пишет в журнале Радиомир КВ-УКВ 12/2001, с.32-34 уважаемый радиолюбитель, автор статьи «ПPOCTO ОБ АНТЕННАХ, ИЛИ ИЗМЕРЯЕМ КСВ» В. Башкатов:

«При КСВ=2, напряжение в максимуме стоячей волны всего лишь на 30% превышает то, что мы наблюдаем при КСВ=1.
Такое превышение, как правило, не опасно для широкополосных транзисторных усилителей мощности, даже если этот максимум напряжения окажется непосредственно в месте подключения фидера. Да и возрастание напряжения на элементах выходного каскада из-за его недогрузки ещё не будет катастрофическим.
Во всяком случае, для аппаратуры заводского изготовления с транзисторными выходными каскадами КСВ=2 устанавливается предельным, при котором гарантируется ее работоспособность».

Ну и напоследок:
КСВ обозначает лишь степень согласования радиостанции с фидером и антенной и никоим образом не указывает ни на эффективность антенны, ни на её частотные характеристики.
Наилучшим КСВ, равным 1 в широчайшей полосе частот, обладает линия с подключённым к кабелю 50-ти омным резистором. А кому придёт в голову использовать резистор в качестве антенны? Разве что отбившемуся от стаи, ярому фанату антеннки mini-whip.

Источник

Коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН, VSWR)

В современном мире электронная техника развивается семимильными шагами. Каждый день появляется что-то новое, и это не только небольшие улучшения уже существующих моделей, но и результаты применения инновационных технологий, позволяющих в разы улучшить характеристики.

Не отстает от электронной техники и приборостроительная отрасль – ведь чтобы разработать и выпустить на рынок новые устройства, их необходимо тщательно протестировать, как на этапе проектирования и разработки, так и на этапе производства. Появляются новая измерительная техника и новые методы измерения, а, следовательно – новые термины и понятия.

Для тех, кто часто сталкивается с непонятными сокращениями, аббревиатурами и терминами и хотел бы глубже понимать их значения, и предназначена эта рубрика.

Коэффициент стоячей волны по напряжению – это отношение наибольшего вдоль линии значения амплитуды напряжения к наименьшему.

Коэффициент стоячей волны по напряжению вычисляется по формуле:

,
где U₁ и U₂ — амплитуды падающей и отражённой волн соответственно.

В идеальном случае КСВН = 1, это означает, что отраженная волна отсутствует. При появлении отраженной волны КСВ возрастает в прямой зависимости от степени рассогласования тракта и нагрузки. Допустимые значения КСВН на рабочей частоте или в полосе частот для различных устройств регламентируются в технических условиях и ГОСТах. Обычно приемлемые значения коэффициента лежат в пределах от 1,1 до 2,0.

Измеряют КСВН, например, с помощью включённых в тракт в противоположном направлении двух направленных ответвителей. В космической технике КСВН измеряется встроенными в волноводные тракты датчиками КСВ. Современные анализаторы цепей также имеют встроенные датчики КСВН.

При проведении измерений КСВН необходимо учитывать, что затухание сигнала в кабеле приводит к погрешности измерений. Это объясняется тем, что как падающая, так и отраженная волны испытывают затухание. В таких случая КСВН рассчитывается следующим образом:

,

где К — коэффициент ослабления отраженной волны, который вычисляется следующим образом: K = 2BL,
здесь В — удельное затухание, дБ/м;
L — длина кабеля, м;
а множитель 2 учитывает тот факт, что сигнал испытывает ослабление при передаче от источника СВЧ сигнала к антенне и на обратном пути.

Источник

Для чего нужна настройка си-би антенны и что такое КСВ

Если говорить простыми словами, то настройка си-би антенны нужна для того, чтобы она работала в резонансе на нужном канале (определенной частоте) и всю мощность радиостанции передать в эфир, или, по — другому, в открытое пространство без потерь, и при этом получить максимум усиления по приему.

Допустим, мы имеем рацию (MegaJet-300) с выходной мощностью в 4 ватта и идеально настроенной заводской антенной с КСВ 1, которая установлена по центру крыши автомобиля — то и на выходе получаем те же 4 ватта, а это максимальная дальность связи, на которой Вы можете общаться с другими корреспондентами или пользователями си-би радиостанций.
Так что же такое КСВ от сложного к простому
Так что же такое КСВ? На этот вопрос уже есть развернутый научный ответ в Википедии — КСВ это
«Коэффициент стоячей волны (КСВ, от англ. standing wave ratio, SWR) — отношение наибольшего значения амплитуды напряжённости электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наименьшему»

А если просто, то КСВ — это степень согласования выходного сопротивления рации 50 Ом с входным сопротивлением фидера (кабеля) и антенны, которые так же должны быть равны 50 Ом. То есть сигнал от радиостанции проходит по кабелю через центральную жилу с минимальными потерями в антенну как в режиме приема, так и передачи (падающая волна), а ток (отраженная волна), который протекает по оплетке кабеля в обратную сторону от антенны, практически или равен нулю.

Если линия (фидер, кабель) и нагрузка (антенна) согласованы, то КСВ = 1
Если волновое сопротивление линии и нагрузки различаются, то КСВ > 1

Например: — у нас есть заводская антенна с настроенным кабелем 50 Ом четверть длины волны — примерно 4 метра, остается только настроить антенну, чтобы входное сопротивление стало так же 50 Ом на нужной частоте, а это достигается путем изменения длины штыря (удлиняя, подрезая или подкручиванием с помощью болта в случае с укороченными спиральными антеннами), при этом получаем КСВ близкое к значению 1.

При КСВ более 1 мы имеем неэффективно работающую антенну на прием и, соответственно, на передачу, происходят потери, которые выражаются в процентах.

Приборы для измерения коэффициента стоячей волны «КСВ» «SWR»

Для настройки антенн — измерения «КСВ» «SWR», часто применяют стрелочные приборы заводского изготовления, на рынке достаточно много моделей с разной ценовой категорией от 900 руб. и выше, которые включают в себя кроме основной функции еще и дополнительную — измерение мощности рации.

Отличаются интерфейсом, кнопками управления, частотным диапазоном измерения — на фото выше модель RSM-600 имеет два диапазона измерения по частоте 1.8 — 160 MHz и 140 — 525 MHz плюс два диапазона по мощности 200 и 400W, большая градуированная шкала со значениями ксв от 1 до ∞ и шкала мощности с поддиапазонами 5, 20, 200 Ватт.
Наряду со стрелочными приборами для настройки антенн применяют и антенные анализаторы, функция у них одна, степень согласования оценивают по стандартной формуле и определяют коэффициент стоячей волны — как отношение максимального значения тока или напряжения к минимальному:
КСВ=Umax/Umin или КСВ=Imax/Imin

Антенные анализаторы — это, конечно, более продвинутые приборы, с информативными дисплеями отображающими не только ксв, частоту, но и значение активной и реактивной состовляющей. Имеют функцию сканирования по диапазонам, интерфейс для подключения к компьютеру, выводят графики резонанса антенны по диапазону, что очень удобно для быстрой и качественной настройки.

Однако цены на антенные анализаторы гораздо выше чем на стрелочные измерители ксв, даже самая дешевая модель из Китая обойдется вам более 4000 рублей.
Как настроить ксв автомобильной антенны
Настроить ксв автомобильной антенны достаточно просто, для этого надо иметь прибор для настройки, и знать основное правило — для повышения частоты (резонанса) антенны на нужном канале штырь подрезаем (укорачиваем) или задвигаем внутрь катушки, а для понижения полотно антенны удлиняется (выдвигается) или меняется на новое, более длинное.
Настраивается антенна только на автомобиле, то есть, установлена будь то на кузов, крышку багажника или на универсальный кронштейн, протянут кабель в салон авто к радиостанции.
Перед настройкой обязательно нужно проверить, где находится резонанс антенны или на каком канале показывает минимальное значение ксв, для этого:

Подключаем прибор к радиостанции — гнездо ANT к кабелю антенны через разъем PL259, гнездо TX соединяется через короткий кабель с гнездом рации.

Находим резонанс антенны, то есть минимальное значение ксв — переводим переключатель прибора в положение калибровка CAL, нажимаем тангенту рации, ручкой калибровки выставляем стрелку на максимальное значение шкалы. После этого переводим переключатель ксв метра в положение измерения — SWR, и видим реальное значение ксв в данном канале, перемещаясь по каналам (сеткам) вверх или вниз, вы узнаете, где минимальные показания прибора, то есть резонанс антенны.
Сдвигаем резонанс антенны. Пример: вы настраиваете новую антенну — штырь 1,5 метра, на 15 канал сетки D, нашли минимальные значения ксв 1.3 в 10 канале, что бы этот резонанс переместить в 15 канал нужно укоротить (подрезать, задвинуть) штырь антенны буквально на 0,5 или один сантиметр и повторно произвести измерение.

Источник

Что такое КСВ?

У специалистов, занимающихся радиосвязью часто возникает вопрос о том, что такое коэффициент стоячей волны (КСВ) и какой уровень КСВ должен быть в антенно-фидерном тракте. Многие знакомы с этим понятием с практической стороны, но иногда случается необходимость в более глубоком теоретическом понимании.
Термин «КСВ» очень часто произносится, как только речь заходит о радиосредствах, и от частого произношения иногда забывается физическая сущность и смысл этого определения. Все знают, что КСВ должен быть как можно меньше, но какой уровень КСВ сильно увеличивает потери, а какой не оказывает такого уж большого влияния не всегда ясно.

КСВ — это коэффициент стоячей волны по напряжению, измеренный на входе антенны или кабеля, подключенного к приемной или передающей антенны.

Из названия термина вытекает физический смысл процесса. Эквивалентная схема передатчика, работающего на антенну можно представить в виде генератора, линии связи и нагрузки (см. рис).

В идеальных случаях вся мощность передатчика излучается в эфир, однако на практике часть энергии отражается от нагрузки и в виде отраженной волны возвращается к генератору. Таким образом, в результате сложений падающей (волна идущая от генератора к нагрузке) и отраженной волны возникает стоячая волна со своими максимумом и минимумом напряжения.

При этом
Umax = Uпад + Uoтр,
а Umin = Uпад — Uoтр

Тогда

Величина обратная КСВ называется КБВ (коэффициент бегущей волны):

Если Umin= 0, то волна чисто «стоячая» (переноса энергии нет), а при Umin= Umax волна чисто «бегущая» (отражений нет). Случай, при котором отражений нет, а значит нет и потерь, является исключительным и в реальной практике не встречается.
КСВ = 1 можно получить только на резистивной нагрузке или при коротком замыкании. Иногда значения КСВ, близкие к указанным выше, можно получить на
очень длинном коаксиальном кабеле. Дело в том, что длиный кабель имет достаточно заметные тепловые потери и начинает работать как резистивная нагрузка.
Итак, необходимо стремиться к минимуму КСВ. Всегда встает вопрос о том, какой КСВ можно считать приемлемым для различных применений. Если Вы получили КСВ порядка 1,3-1,5, то Вам не стоит беспокоиться. Если КСВ находится в диапазоне 1,6-2, то обратите внимание на потери в ВЧ-разъемах. Для антенны такой уровень КСВ будет означать, что у нее есть проблемы с согласованием и ее надо попытаться настроить. КСВ 2,1-5 должен Вас насторожить. Это уже явная неисправность. КСВ 5 и выше означает обрыв центральной жилы в кабеле или в антенне.
Иногда при обрыве центральной ботать и даже принимать извещения, жилы в кабеле система может еще работать и даже принимать извещения. Такой случай может быть, если обломанные концы кабеля не разошлись в стороны друг от друга. В этом случае получается эквивалентная схема емкости, где обкладками являются торцы центральной жилы кабеля, а диэлектриком воздушная прослойка. За счет высокой частоты УКВ связи возможно прохождение сигнала через такую емкость, правда с ослаблением в 100 и более раз.

Источник

Терминология

Характеризует степень согласования антенны и фидера (также говорят о согласовании выхода передатчика и фидера) и является частотнозависимой величиной. Обратная величина КСВ называется КБВ — коэффициент бегущей волны. Следует различать величины КСВ и КСВН (коэффициент стоячей волны по напряжению): первая высчитывается по мощности, вторая — по амплитуде напряжения и на практике используется чаще; в общем случае эти понятия эквивалентны.

Коэффициент стоячей волны по напряжению вычисляется по формуле: ,
где U₁ и U₂ — амплитуды падающей и отражённой волн соответственно.
Можно установить связь между KCBH и коэффициентом отражения Г:
Также величину коэффициента стоячей волны можно получить из выражений для S-параметров (см. ниже).

В идеальном случае КСВН = 1, это означает, что отраженная волна отсутствует. При появлении отраженной волны КСВ возрастает в прямой зависимости от степени рассогласования тракта и нагрузки. Допустимые значения КСВН на рабочей частоте или в полосе частот для различных устройств регламентируются в технических условиях и ГОСТах. Обычно приемлемые значения коэффициента лежат в пределах от 1,1 до 2,0.

Значение КСВ зависит от многих факторов, например:

Измеряют КСВН, например, с помощью включённых в тракт в противоположном направлении двух направленных ответвителей. В космической технике КСВН измеряется встроенными в волноводные тракты датчиками КСВ. Современные анализаторы цепей также имеют встроенные датчики КСВН.
При проведении измерений КСВН необходимо учитывать, что затухание сигнала в кабеле приводит к погрешности измерений. Это объясняется тем, что как падающая, так и отраженная волны испытывают затухание. В таких случая КСВН рассчитывается следующим образом: ,

где К — коэффициент ослабления отраженной волны, который вычисляется следующим образом: ,
здесь В — удельное затухание, дБ/м;
L — длина кабеля, м;
а множитель 2 учитывает тот факт, что сигнал испытывает ослабление при передаче от источника СВЧ сигнала к антенне и на обратном пути. Так, при использовании кабеля PK50-7-15 удельное затухание на частотах Си-Би (около 27 МГц) составляет 0,04 дБ/м, то при длине кабеля 40 м отраженный сигнал будет испытывать затухание 0,04•2•40=3,2 дБ. Это приведет к тому, что при реальном значении КСВН, равном 2,00, прибор покажет только 1,38; при реальном значении 3,00 прибор покажет около 2,08.

Плохая (высокая) величина КСВ(Н) нагрузки приводит не только к ухудшению КПД из-за уменьшения поступившей в нагрузку полезной мощности. Возможны и другие последствия:

Для устранения этого могут применяться защитные вентили или циркуляторы. Но при продолжительной работе на плохую нагрузку, они могут выйти из строя. Для маломощных линий передачи могут использоваться согласующие аттенюаторы.

Связь КСВН с S-параметрами четырёхполюсника

Коэффициент стоячей волны можно однозначно связать с параметрами передачи четырёхполюсника (S-параметрами):

где — комплексный коэффициент отражения сигнала от входа измеряемого тракта;

Источник